機械切割在南海西部氣田修井作業(yè)中的應用

徐太保

(中海油田服務股份有限公司油田技術事業(yè)部湛江作業(yè)公司 廣東 湛江 524057)

0 引 言

在石油鉆井及后期修井過程中，經常遇到卡鉆或封隔器無法起出的現象，常規(guī)解卡無效時就要采用切割工藝來處理這類管柱卡死的情況[1]。切割工藝技術按照切割工具在切割過程中是否發(fā)生物理化學反應可分為切割彈切割、爆炸切割、化學切割、鎂粉切割和機械切割。 其中，機械切割技術經過多年研制，已逐步擺脫前些年錨定裝置不穩(wěn)定(錨定不能完全收回造成工具串遇卡)、刀片易斷等劣勢。它能很好地解決管柱最小內徑小、管材外徑大、切割空間受限和管材特殊等難題，且割口平整，能實現一次入井多刀連切，為今后海上切割作業(yè)又提供了一種新的“武器”。本文將以南海西部DFX-X氣田的一次切割作業(yè)過程說明其應用。

1 作業(yè)背景概況

DFX-X氣田一期調整鉆完井項目是中海油首個高溫高壓開發(fā)項目，地層壓力系數達到1.8～ 2.1之間，井底溫度近150 ℃。其中DFX-X-X井在完井過程中遇到堵頭掉落、撈堵不成功、管柱沒有投棒點火通道、無法完成射孔點火等意外情況，因此需要解封178 mm外徑油管攜帶式永久封隔器，起鉆后重新完井，解封該永久封隔器需要先切割封隔器的芯軸，然后過提解封。該井178 mm外徑油管攜帶式永久封隔器外徑90.9 mm，內徑72.9 mm，管柱最小內徑55.6 mm，需要切割的永久封隔器芯軸材質為超級13Cr，可切割區(qū)域僅為0.54 m。

切割該芯軸需要一種能通過小內徑(55.6 mm)切割大管材(外徑90.9 mm)的切割工具。以前從未有過切割超級13Cr這種材質的任何經驗，而且0.54 m這么短的切割范圍也是一個極大的挑戰(zhàn)，深度稍有偏差就會切錯位置。

2 作業(yè)難點和切割方案選擇

目前國內常見的切割技術主要有切割彈切割、爆炸切割、化學切割、鎂粉切割等[1]。

1)如果用切割彈切割和鎂粉切割[1-2]，由于DFX-X-X井管柱最小內徑為55.6 mm，對應切割尺寸的切割彈外徑應選擇為64 mm，鎂粉切割工具外徑應選擇74.6 mm，由于管柱內徑太小，這兩種切割方式都無法下入。

2)如果用爆炸切割[3-4]，雖然能通過55.6 mm的最小內徑，但由于切割后端口極不規(guī)則，爆炸后將形成幾道長長的帶破壞性的爆炸口，會對芯軸造成破壞性的毀壞。因為可切割區(qū)域僅有0.54 m，這樣便無法保證深度，而且極有可能損傷封隔器的外套筒。

3)如果用化學切割[5]，由于芯軸材質是超級13Cr，無法保證完全切斷這種高含鉻的管材。

為有效解決上述問題，提出一種新型的純電動切割方式，它能很好解決DFX-X-X井的切割難題，即機械切割。

機械切割是一種在工程作業(yè)中通過測井電纜輸送和控制的切割工具，它可以廣泛應用于切割套管、油管、鉆桿，而不需要動用炸藥等火工品和化學危險品，可以快速安裝設備。它可以通過小通徑去切割大管材，可切鋼質和合金管材(鍍鉻)，且切割后碎屑少，割口平整，定位準確，一趟下井可實現多刀連切。因此DFX-X-X井采用機械切割方式。

3 切割工具簡介

機械切割系統(tǒng)包括地面操作控制系統(tǒng)(ECLIPS或CASE系統(tǒng))、測井輸送電纜、井下切割儀器串組合。

機械切割工具主要包括電子線路部分和機械部分，電子線路部分主要是整個切割工具的電子控制部分，機械部分主要分為液壓、推進、錨定和切割頭。機械割刀工具串連接示意圖如圖1所示。機械切割原理示意圖如圖2所示。

圖2 機械切割原理示意圖

1-單芯電纜；2-電纜頭；3-CCL；4-加速計；5-Field Connection;6,7-液壓部分；8,9-推進部分；10-主監(jiān)視器；11-錨定部分；12-切割頭圖1 機械割刀工具串連接示意圖

通過軟件控制，首先驅動液壓電機，打開錨定裝置，使儀器相對于管壁固定，然后驅動主電機，使切割頭高速旋轉，同時提高電機控制刀片的外展速度，逐漸使刀片接觸管壁，完成切割任務。切割時間一般在10 mim以內。

機械割刀可切割范圍廣，可切割外徑為73～178 mm的管材，具體性能規(guī)格見表1。

表1 機械割刀產品規(guī)格

機械切割需要注意以下問題：1)驅動設備時需要高壓直流電，注意人身安全；2)在進行功能測試時，禁止觸摸儀器；3)必須在管柱過提的情況下進行切割作業(yè)；4)切割位置應有泥漿或井液；5)不同的刀片，對切割管材的壁厚有不同的要求；6)應消除管柱內外的壓差。

4 工藝實施

現場作業(yè)使用54 mm切割頭、50 mm刀片的機械割刀進行頂部178 mm外徑油管攜帶式封隔器芯軸切割。切割軟件可以設置最大切割外徑90.93 mm，儀器將自動增加3.175 mm后限位，最大張開外徑為94.105 mm，即滿足切斷芯軸的同時不傷害到外套筒。50 mm刀片切割范圍與芯軸、活塞尺寸對比見表2。

表2 50 mm刀片切割范圍與芯軸、活塞尺寸對比表 mm

4.1 切割過程

1)井口過提封隔器以上管柱懸重的10%后打緊卡瓦及安全卡。

2)組裝井口簡易防噴裝置PACK-OFF，3.45 MPa試壓10 min合格后模擬通井工具串入井。

3)模擬通井作業(yè)，使用通徑規(guī)尺寸為54.6 mm的模擬工具串進行通井，通井工具串組合：打撈頭+馬籠頭+CCL+54.6 mm通井工具。

4)連接切割工具串，工具串組合為：打撈頭+馬籠頭+MPC電子線路部分+機械部分。

5)CCL校深確定切割頭深度。

6)校深后更正系統(tǒng)深度后將切割頭上提至2 729.53 m(切割深度范圍：2 729.234～2 729.774 m)處停車，現場監(jiān)督確認深度。

7)確認深度無誤后，錨定撐開，井口從三通往管柱里打背壓3.45 MPa。地面軟件把切割芯軸內徑設置為90.9 mm，切割外徑設置為105.4 mm。開始切割作業(yè)。

8)確認切割成功后，上提工具串出井口，拆井口、作業(yè)交接。

4.2 切割效果

使用機械割刀切割后割口非常平整，切割位置準確。圖3為切割完鉆具取出后的割口圖片。

圖3 外徑178 mm油管攜帶式永久封隔器芯軸切割后割口圖

5 結束語

機械割刀是一種不需要動用炸藥等火工品和化學危險品，可以實現快速動員和部署的切割技術，它可實現一趟下井多刀連切，且割口平整，可以通過小通徑去切割大管材，這是其他切割技術無法媲美的。機械切割備受客戶青睞，是一種逐漸興起的新型切割技術，應用前景良好。